夏热冬冷地区建筑绿化对建筑能耗的影响研究
作者：熊峰1 张朗2 易继锋1 邱雅凡1 张豪杰1 汤小亮1
1. 中信建筑设计研究总院有限公司
2. 武汉市绿色建筑发展促进中心
随着我国城市化进程的加速和人民生活水平的不断提高，建筑能耗在社会总能耗中的占比持续攀升，所带来的能源消耗和环境污染问题日益严峻。积极发展绿色低碳建筑、推动建筑节能降耗已成为实现国家“双碳”战略目标的关键环节之一。在各类节能建筑技术中，超低能耗建筑因其能源消耗水平远低于现行节能标准，代表了建筑节能技术的前沿发展方向，具有显著的节能减排潜力和环境效益。
夏热冬冷地区作为我国人口最密集、经济最活跃的核心区域之一（以长江中下游流域为代表），其气候特征显著：夏季高温高湿、闷热难耐，冬季寒冷潮湿、室内阴冷。这种独特的气候条件使得该地区对供暖和供冷的需求十分强烈且全年持续时间长，导致该区域建筑运行能耗负担沉重。因此，在夏热冬冷地区大力推广和应用超低能耗建筑技术，对于从根源上缓解区域能源供应压力、降低建筑碳排放具有极其重要的现实意义。
《近零能耗建筑技术标准》GB/T51350-2019给出了夏热冬冷地区居住建筑及公共建筑能耗相关指标，有些指标是定量数据（如居住建筑能耗综合值），有些指标仅给出了计算公式（如居住建筑供冷年耗冷量），另外一些指标则是相对数据（如公共建筑综合节能率）。因此应对能耗指标进行具体分析，以明确指标的合理性，有条件的应给出定量数据。
1.居住建筑能耗指标分析
根据《近零能耗建筑技术标准》GB/T 51350-2019要求，夏热冬冷地区超低能耗居住建筑能效指标见表1。
表1 夏热冬冷地区超低能耗居住建筑能效指标
从表1可以看出，夏热冬冷地区超低能耗居住建筑能效指标主要包括建筑能耗综合值、供暖年耗热量、供冷年耗冷量。
1.1建筑能耗综合值
根据中国建筑节能协会发布的《2022中国建筑能耗与碳排放研究报告》，2020年，全国城镇居住建筑面积为320亿m2，对应的建筑能耗为4.1亿tce，折合12.81kgce/（m2·a）。同时考虑到大部分城镇居住建筑执行的能耗标准为50%⁓65%节能率，从超低能耗的定义来看，能耗在50%节能率的基础上进一步降低50%则对应的建筑能耗约为6.40⁓9.15kgce/（m2·a），由此可知，从全国范围的城镇居住建筑而言，建筑能耗综合值≤8.0kgce/（m2·a）是较为适宜的（见图1）。
图1 建筑运行阶段能耗分析（2020 年）
重庆大学陈朝阳对成都、重庆两座城市进行了研究表明，夏热冬冷地区采暖空调耗电量与总用电量的比值约为35%，东南大学雷舒尧[2]对南京某居住建筑进行了能耗分析，结果表明插座电耗约占住宅能耗的30%。由于建筑能耗综合值不含插座能耗，因此应予以剔除，详见表2。
表2 成都、重庆两地居住建筑供暖空调用电占比分析
依据《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB55015-2021附录A，夏热冬冷A区供暖、空调耗电量分别为6.9kWh/（m2·a）、10.0kWh/（m2·a），可知夏热冬冷A区供暖空调总耗电量为16.9kWh/（m2·a），按其占比50%计，则总耗电量（不含插座用电）为33.80kWh/（m2·a）。根据超低能耗建筑定义，在此基础上降低28.57%，则为24.14kWh/（m2·a），参照《近零能耗建筑技术标准》GB/T51350-2019附录A中表A.1.11，电力能源换算系数为2.6，则等效能耗为62.76kWh/（m2·a），因此，对于夏热冬冷A区而言，建筑能耗综合值≤65kWh/（m2·a）较为合适。
1.2供暖年耗热量
根据《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB55015-2021附录A，夏热冬冷A区供暖耗电量为6.9kWh/（m2·a），经能源换算，供暖年耗热量为17.94kWh/（m2·a）。上述规范的节能率为65%，按照超低能耗建筑定义，经过折算降低28.57%后即为12.81kWh/（m2·a），因此该值定为10kWh/（m2·a）稍微偏低。依据《中国建筑节能年度发展研究报告2021》，夏热冬冷地区采暖实测平均值为3⁓5kWh/（m2·a），可以满足≤10kWh/（m2·a）的要求。
1.3供冷年耗冷量
根据表1可知，供冷年耗冷量计算公式为：≤3.5+2.0×WDH20+2.2×DDH28，该值计算需要从气象数据库中查找湿球温度和干球温度。目前，较为适宜的数据库，大致有三种，分别为典型气象年（TMYx.2007-2021）、建筑节能气象参数标准（JGJ/T346-2014）、国内城市气象资料（CSWD）。
典型气象年（TMYx.2007-2021），来源于美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的综合地表数据库（ISD）中提取的实测数据，年份较近，数据较新，是气象分析的重要参考依据。
建筑节能气象参数标准（JGJ/T346-2014），是行业标准，国内大多数城市气象参数的主要参考依据。
CSWD来源于清华大学和中国气象局的数据，是国内的实测数据。CSWD是清华大学基于中国气象局收集的中国270个地面气象台站1971-2003年的实测气象数据开发的中国建筑热环境分析专用气象数据集，包括了设计用室外气象参数、全年逐时数据（TMY）。虽然该数据库年代久远，但考虑到该数据来源于实测值，也可提供一定的参考。
以上三个数据库，考虑全球变暖大环境及城市化进程加快导致的热岛效应影响，以及数据库的时效性，确定取舍原则：以典型气象年（TMYx.2007-2021）为主，其他两个数据库作为参考，当数据偏差较大时综合考虑。对夏热冬冷地区，选取了武汉、成都、重庆、长沙、南昌、上海共计6座典型城市进行分析，根据上述3个数据库计算得到逐时湿球温度、逐时干球温度曲线。根据上述分析，夏热冬冷地区6座典型城市供冷年耗冷量汇总见表3。
表3 夏热冬冷地区典型城市供冷年耗冷量
2.公共建筑能耗指标分析
根据《近零能耗建筑技术标准》GB/T51350-2019要求，夏热冬冷地区超低能耗公共建筑能效指标见表4。
表4 夏热冬冷地区超低能耗公共建筑能效指标
2.1建筑本体节能率
建筑本体节能率与围护结构的具体做法有关，实际建筑本体能耗数据也较难收集，宏观层面来看，建筑综合节能率相对较容易分析，也契合建筑节能的核心需求，《四川省被动式超低能耗建筑技术标准》DBJ51/T149-2020明确以建筑综合节能率作为唯一约束性能耗指标，避免能效指标过于复杂的问题，并提高了能效指标的适用性和有效性。另外，结合已有项目经验，对于超低能耗公共建筑，20%本体节能率一般能够实现。因此不再对建筑本体节能率进行详细分析，侧重于分析建筑综合节能率。
2.2建筑综合节能率
《近零能耗建筑技术标准》GB/T51350-2019（见表5）、《民用建筑能耗标准》GB/T 51161-2016（见表6）及《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB55015-2021（见表7）均给出了各类公共建筑的能耗指标，可供对比分析。
表5 近零能耗公共建筑的建筑等效耗电量
单位：kWh/（m2·a）
表6 GB/T 51161-2016 公共建筑非供暖能耗指标
单位：kWh/（m2·a）
表7 GB55015-2021 新建公共建筑耗电量
单位：kWh/（m2·a）
由于表5中给出的夏热冬冷城市仅为武汉、上海、成都，而表6及表7中则给出了夏热冬冷地区的平均指标，考虑到三座城市各项指标差异不大，为便于比对，以武汉为例进行分析研究。同时，近零能耗与超低能耗的相对节能率分别为60%和50%（以《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015为基准），表5数据应进行等效折算（系数1.25），折算后的数据见表8。
表8 超低能耗公共建筑的建筑等效耗电量
单位：kWh/（m2·a）
2.2.1 GB/T51350-2019与GB/T 51161-2016
《民用建筑能耗标准》GB/T 51161-2016中公共建筑非供暖能耗指标包含建筑所使用的所有能耗；规定的约束值为当前民用建筑能耗标准的基准线，是综合考虑各地区当前建筑节能技术水平和经济社会发展需求，而确定的相对合理的建筑能耗指标值；引导值则反映的是建筑节能技术的最大潜力，代表了建筑节能的发展方向，见表6。
与表8相比，表6的能耗范围增加了其他能耗，因此应进行相应比例的折减。根据胡新霞、刘腊美、黄英、寇玉德、韩磊等人的研究，得到各建筑类型的空调照明能耗占总能耗（空调、照明、通风、生活热水、电梯和可再生能源）的折算比例，见表9。扣除其他能耗后，标准约束值对应《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015，节能率为65%，按照超低能耗建筑定义，能耗在此基础上降低50%，可得到超低能耗建筑指标，折算后数据见表10。
表9 公共建筑分项耗电量占比
单位：kWh/（m2·a）
表10 超低能耗公共建筑的建筑等效耗电量对比分析
单位：kWh/（m2·a）
从表10数据分析可知，在表6能耗降低50%的前提下：（1）与机械通风建筑相比，自然通风能耗显著降低，更容易达到超低能耗指标要求。（2）对于办公建筑，通常具备自然通风条件，用能型式简单，容易满足超低能耗指标要求。（3）对于旅馆建筑，较难满足超低能耗指标要求，应加强自然通风，并在此基础上进一步利用可再生能源，如太阳能、空气能、地热能等可再生能源。（4）对于商场建筑，具备自然通风条件的小型商业容易满足超低能耗指标要求；大型百货店能耗相对较高，但与超低能耗指标要求偏差并不大，建议适当增加保温隔热技术措施。
2.2.2 GB/T51350-2019与GB55015-2021
《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB55015-2021节能率为72%，计量范围仅为供暖、供冷与照明能耗指标，需进行数据整理分析。由表9可知各建筑类型的空调和照明能耗占总能耗的比例，因此，可将表7的数据反向推导后，再进行等效折算（37.5%），与表8进行对比分析，见表11。
表11 超低能耗公共建筑的建筑等效耗电量对比分析
单位：kWh/（m2·a）
通过对比可知，在表7能耗降低37.5%的前提下：（1）办公建筑用能型式简单，较容易达到超低能耗建筑指标要求。（2）酒店建筑能耗偏高，应提高可再生能源应用比例，如生活热水系统采用太阳能或空气源热泵等，进一步降低能耗。（3）商场建筑较容易达到超低能耗建筑指标要求。（4）医院建筑能耗较高，应提高可再生能源应用比例，如采用太阳能或空气源热泵制热水、光伏发电系统、地源热泵系统等，进一步降低能耗。（5）学校建筑容易达到超低能耗建筑指标要求，主要考虑寒暑假期间学校放假，避开了供暖空调的峰值负荷。
2.3能效推荐指标
超低能耗居住建筑、公共建筑能效推荐指标见表12、表13。
表12 夏热冬冷地区超低能耗居住建筑能效指标
表13 夏热冬冷地区超低能耗公共建筑的建筑等效耗电量 单位：kWh/（m2·a）
3.结语
本研究针对夏热冬冷地区夏季高温高湿、冬季寒冷潮湿的气候特征，选取典型城市进行能耗指标分析，对于居住建筑给出了建筑能耗综合值、供暖年耗热量、供冷年耗冷量推荐值；对于居住建筑给出了建筑本体节能率、建筑综合节能率推荐值，为夏热冬冷地区超低能耗建筑能耗指标的确定提供指引和参考。
推介最新技术 引导产业发展
本文摘自《建设科技》2025年第19期。
